DE1142659B - Hall generator assembly with amplifier effect and process for their manufacture - Google Patents

Hall generator assembly with amplifier effect and process for their manufacture

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DE1142659B DES73382A DES0073382A DE1142659B DE 1142659 B DE1142659 B DE 1142659B DE S73382 A DES73382 A DE S73382A DE S0073382 A DES0073382 A DE S0073382A DE 1142659 B DE1142659 B DE 1142659B
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Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

S 73382 IXa/21eS 73382 IXa / 21e

ANMELDETAG: 8. A P R I L 1961REGISTRATION DATE: 8 A P R I L 1961

BEKANNTMACHUN G DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 24. JANUAR 1963NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL: JANUARY 24, 1963

Es ist bekannt, daß dem Halleffekt durch geeignete Halbleitermaterialien mit hoher Trägerbeweglichkeit in letzter Zeit ein weites technisches Anwendungsgebiet eröffnet worden ist. Dazu gehören beispielsweise Messungen magnetischer Felder, Multiplikationen elektrischer Größen, Abtastung von Magnetogrammen usw.It is known that the Hall effect can be achieved by using suitable semiconductor materials with high carrier mobility A wide technical field of application has recently opened up. These include, for example Measurements of magnetic fields, multiplication of electrical quantities, sampling of Magnetograms etc.

Durch geeignete Bemessung der Halbleiterschicht läßt sich mit dem Hallgenerator auch eine gewisse Leistungsverstärkung erzielen, die allerdings nicht immer so hoch getrieben werden kann, wie es für manche Anwendungsfälle erwünscht wäre. Man behilft sich in diesen Fällen damit, daß man an den Hallgenerator einen Verstärker, in der Regel mit Transistoren, anschließt, der die für die Weiterverarbeitung des Hallspannungssignals nötige Leistung erzeugt.By suitably dimensioning the semiconductor layer, the Hall generator can also achieve a certain Achieve power gain, which, however, cannot always be driven as high as it is for some use cases would be desirable. In these cases, one can make do with the fact that the Hall generator connects to an amplifier, usually with transistors, which is used for further processing generated the required power of the Hall voltage signal.

Abgesehen davon, daß dies einen nicht unbeträchtlichen Aufwand erfordert, ergibt sich durch konstruktive Bedingungen meist auch die Notwendigkeit, die Zuleitungen zu den Hallelektroden verhältnismäßig lang zu machen. Dies bringt bei dem relativ geringen Leistungsinhalt des Hallsignals die Gefahr mit sich, daß sich Störeinflüsse in unerwünschter Weise bemerkbar machen.Apart from the fact that this requires a not inconsiderable effort, results from constructive Conditions usually also include the need to keep the leads to the Hall electrodes proportionate to make long. Given the relatively low power content of the Hall signal, this poses a risk with it that interfering influences make themselves noticeable in an undesired way.

Die Erfindung zeigt einen Weg, eine Hallgeneratorbaueinheit mit Verstärkerwirkung zu schaffen, die die Verstärkungsfunktion in unmittelbarer Nähe' des Hallgenerators verwirklicht und dadurch lange Zuleitungen, die nur auf geringem Pegel arbeiten, vermeidet. Der Erfindungsgegenstand ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Grundplatte aus Keramik oder sonstigem Isolierstoff durch Aufbringen und Dotieren von Halbleitermaterial ein Hallgenerator und zwei an die Hallelektroden angrenzende Tunneldioden sowie durch Aufbringen von Kontaktwerkstoffen die Anschlußelektroden der Baueinheit gebildet sind.The invention shows a way to provide a Hall generator assembly with an amplifier effect, the the amplification function is realized in the immediate vicinity of the Hall generator and therefore for a long time Avoids supply lines that only work at a low level. The subject of the invention is thereby characterized in that on a base plate made of ceramic or other insulating material by applying and doping of semiconductor material a Hall generator and two adjacent to the Hall electrodes Tunnel diodes and the connection electrodes by applying contact materials the structural unit are formed.

Tunneldioden haben bekanntlich dank ihrer fallenden Kennlinie hervorragende Verstärker- und Schalteigenschaften. Sie ermöglichen im vorliegenden Falle, auf besonders einfache Weise die speziellen konstruktiven Bedingungen zu erfüllen, die beim Erfindungsgegenstand vorliegen.It is well known that tunnel diodes have excellent amplifier and switching properties thanks to their falling characteristic. In the present case, they enable the special ones in a particularly simple manner to meet constructive conditions that are present in the subject matter of the invention.

Da Hallgeneratoren in der Regel im Luftspalt eines magnetischen Kreises angeordnet werden, muß die Baueinheit möglichst dünn ausgebildet sein. Um eine Verstärkung unmittelbar am Ort des Entstehens der Hallspannung zu erzielen, müssen die Verstärkungsmittel ebenfalls im Luftspalt untergebracht werden können. Dies ist durch Anordnung von streifenförmigen Tunneldioden möglich.Since Hall generators are usually arranged in the air gap of a magnetic circuit, the structural unit must be made as thin as possible. A reinforcement directly at the point of origin To achieve the Hall voltage, the reinforcement means must also be accommodated in the air gap can be. This is possible by arranging strip-shaped tunnel diodes.

HallgeneratorbaueinheitHall generator assembly

mit Verstärkerwirkungwith reinforcing effect

und Verfahren zu ihrer Herstellungand methods of making them

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Walter Engel, Nürnberg, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Walter Engel, Nuremberg, has been named as the inventor

Die bekannten Richtlinien der Mikromodultechnik können hierzu keine Anregung geben. In der Mikromodultechnik werden auf Grundplättchen verschiedene Schaltungselemente, beispielsweise Wider- stände, Kondensatoren, sowie auch ganze Schaltungseinheiten, beispielsweise Multivibratoren, angeordnet. Hierauf werden die einzelnen Plättchen zu einem körperlichen Gebilde zusammengesetzt, das die verlangten elektrischen Funktionen aufweist. Auf diese Weise gelingt es, auf kleinem Raum zahlreiche Schaltungselemente unterzubringen.The known guidelines of micromodule technology cannot provide any suggestions for this. In micromodule technology various circuit elements, for example resistors, are stands, capacitors, as well as entire circuit units, such as multivibrators, arranged. The individual platelets are then put together to form a physical structure that the has required electrical functions. In this way it is possible to achieve numerous in a small space To accommodate circuit elements.

Beim Erfindungsgegenstand ist jedoch nicht das allgemeine Bestreben nach geringer Baugröße maßgebend, sondern es geht um eine möglichst flache Ausbildung der Baueinheit, um sie in einen Luftspalt einsetzen zu können. Nach oben und unten herausragende Anschlußteile, wie sie bei bekannten Plättchen der Mikromodultechnik vorhanden sind, müssen vermieden werden. Eine einzige Baueinheit stellt, ohne daß ein Aufeinanderstapeln mehrerer Plättchen erforderlich wäre, bereits ein im gewünschten Sinne funktionsfähiges Gebilde dar.With the subject matter of the invention, however, the general endeavor to achieve a small size is not decisive, rather, it is about making the structural unit as flat as possible so that it is in an air gap to be able to use. Upward and downward protruding connection parts, as they are known from Micro-module technology platelets must be avoided. A single unit represents, without a stacking of several plates would be necessary, already in the desired Meaning a functional structure.

Die zur Ergänzung der kompletten Verstärkerschaltung erforderlichen Widerstände werden vorteilhaft ebenfalls auf die Grundplatte aufgebracht und können aus dem gleichen Material wie der Hallgenerator und die Tunneldioden bestehen. The resistors required to supplement the complete amplifier circuit are advantageous also applied to the base plate and can consist of the same material as the Hall generator and the tunnel diodes.

Die Baueinheit nach der Erfindung zeichnet sich durch außergewöhnlich geringen Raumbedarf aus.The structural unit according to the invention is characterized by an exceptionally small space requirement.

Sie stellt einen rauscharmen Verstärker hohen Verstärkungsgrades dar. Es lassen sich Leistungsverstärkungen von 40 db und darüber erwarten.It represents a low-noise amplifier with a high gain. Power amplifications can be achieved expect from 40 db and above.

209 759/117209 759/117

Claims (1)

3 43 4 Nähere Einzelheiten der Erfindung seien im des negativen Widerstandes der Tunneldioden sein, folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels so erhält man erläutert, das in der Zeichnung schematisch dar- ^ —2· K-1 · AB · ^- Further details of the invention should be in the negative resistance of the tunnel diodes, the following is explained using an exemplary embodiment that is shown schematically in the drawing - ^ - 2 · K-1 · AB · ^ - gestellt ist. Dabei wird zugleich auch ein geeignetes " s Rh ' is posed. At the same time, a suitable " s Rh ' Herstellungsverfahren besprochen. 5Manufacturing process discussed. 5 Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Baueinheit aus einer Daraus gewinnt man für die Verstärkung denAs Fig. 1 shows, the structural unit consists of one of which you gain for the reinforcement Grundplatte 1, beispielsweise aus Keramik. Auf AusdruckBase plate 1, for example made of ceramic. On expression diese Grundplatte wird zunächst das Halbleiter- AUa _ 7 Rq this base plate will initially be the semiconductor AUa _ 7 Rq material aufgebracht, was durch Bedampfen mit AUn ~ R~ü' material applied, which can be achieved by vapor deposition with AUn ~ R ~ ü ' Indiumantimonid und nachfolgendes Abätzen über- ioIndium antimonide and subsequent etching over- io flüssiger Bereiche geschehen kann. Auf der Grund- Um eine hohe Spannungsverstärkung zu erzielen,more fluid areas can happen. On the ground- To achieve a high voltage gain, platte sind nun ein Hallgenerator 2 sowie Halbleiter- soll daher der Wert der Widerstände 13 und 14 streifen 7, 8, 9, 10, 13, 14 und 15 vorhanden. Die wesentlich größer als der Hallinnenwiderstand sein. Halbleiterstreifen 13, 14 und 15 dienen als ohmsche Man stellt zweckmäßig durch geeignete Wahl des Widerstände, wobei der Widerstand 15 zur Erhöhung 15 Widerstandes 15 den Arbeitspunkt der Tunneldioden des Wertes mäanderförmig ausgebildet sein kann. so ein, daß der Absolutwert des negativen Wider-Durch Auflegieren von Indiumpillen erfolgt nun Standes Rt etwa gleich dem Absolutwert der Widerdie Dotierung an den Stellen 8 und 10 der Halb- stände 13 und 14 ist.plate are now a Hall generator 2 as well as semiconductor should therefore the value of the resistors 13 and 14 strips 7, 8, 9, 10, 13, 14 and 15 available. Which are significantly greater than the internal hall resistance. Semiconductor strips 13, 14 and 15 serve as an ohmic one expediently by suitable choice of the resistors, whereby the resistor 15 can be designed in a meandering shape to increase the 15 resistance 15 the working point of the tunnel diodes of the value. in such a way that the absolute value of the negative resistance by alloying of indium pills now takes place at level R t approximately equal to the absolute value of the resistance at points 8 and 10 of the half-levels 13 and 14. leiterstoffe, so daß dort streifenförmige Tunnel- Da die Energie für den Tunneldiodenverstärkerconductor materials, so that there is strip-shaped tunnel- As the energy for the tunnel diode amplifier dioden entstehen. Schließlich werden durch elektro- 20 mittels des Widerstandes 15 aus dem Steuerstromkreis lyrischen Niederschlag eines leitenden Metalls, bei- des Hallgenerators entnommen wird, werden für speilsweise Kupfer, die inneren Schaltverbindungen die gesamte Baueinheit nur vier Anschlüsse benötigt, hergestellt. Diese bestehen aus den Hallelektroden 5 also ebenso viele, wie für einen normalen HaIl- und 6, den Steuerstromelektroden 3 und 4 und den generator erforderlich sind. Die Baueinheit kann Ausgangselektroden 11, 12 und 16 der Baueinheit. 25 daher ohne Änderung der übrigen Schaltung überall Fig. 2 zeigt schematisch die durch dieses Her- da eingesetzt werden, wo bisher ein üblicher Hallstellungsverfahren auf der Grundplatte erhaltene generator verwendet wurde, liefert jedoch eine Schaltung, wobei entsprechende Teile mit den wesentlich größere Ausgangsspannung und -leistung, gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet Statt des in der Beschreibung des Ausführungs-diodes arise. Finally, by electro-20 by means of the resistor 15 from the control circuit lyrical precipitation of a conductive metal, both of which is taken from the Hall generator, are used for speilly copper, the internal circuit connections the entire unit only needs four connections, manufactured. These consist of the Hall electrodes 5 so as many as for a normal Hal- and 6, the control current electrodes 3 and 4 and the generator are required. The unit can Output electrodes 11, 12 and 16 of the assembly. 25 therefore everywhere without changing the rest of the circuit FIG. 2 shows schematically those that are used by this herd where a conventional reverberation method has hitherto been used generator obtained on the base plate was used, but provides a circuit, with corresponding parts with the much larger output voltage and power, the same reference numerals as in Fig. 1 instead of the one in the description of the embodiment sind. An den Klemmen 3 und 16 wird der Steuer- 30 beispiels erwähnten Indiumantimonids können auch gleichstrom/s zugeführt. Das Hallgenerator- andere für die Herstellung von Hallgeneratoren und plättchen 2 wird senkrecht von einem Magnetfeld Tunneldioden geeignete Materialien Verwendung durchsetzt, das die steuernde Größe darstellt und in finden. Es ist auch nicht erforderlich, Hallgenerator Fig. 2 durch B angedeutet ist. An den Klemmen 11 und Tunneldioden aus dem gleichen Hälbleiter- und 12 kann die Ausgangsspannung Ua, nämlich 35 material herzustellen, doch wird dadurch dieFertigung die verstärkte Hallspannung Un, abgenommen vereinfacht. Das beschriebene Herstellungsverfahren werden. . eignet sich auch zur Automatisierung, so daß dieare. At terminals 3 and 16, the control 30 example of the indium antimonide can also be supplied with direct current / s. The Hall generator- other for the production of Hall generators and plates 2 is penetrated vertically by a magnetic field tunnel diodes suitable materials use, which represents the controlling variable and can be found in. It is also not necessary for the Hall generator to be indicated by B in FIG. At the terminals 11 and tunnel diodes from the same semiconductors and 12, the output voltage Ua, namely 35, can be produced from material, but this simplifies the production of the increased Hall voltage U n . The manufacturing process described will be. . is also suitable for automation, so that the Betrachtet man nun eine Änderung A B der Fertigungskosten für Baueinheiten nach der Ersteuernden Induktion B, so ergibt sich die bekannte findung weiter gesenkt werden können. Beziehung 4" Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der neuenIf one now considers a change AB in the production costs for structural units after the controlling induction B, the result is that the known invention can be further reduced. Relationship 4 "A preferred application of the new Baueinheit ist die Abtastung von magnetisch auf-The unit is the scanning of magnetically . H = 8' ' gezeichneten Signalen, insbesondere bei kontakt . H = 8 '' drawn signals, especially with contact losen Signalgebern, Endschaltern u. dgl. Dank derloose signal transmitters, limit switches and the like. Thanks to the worin K eine Konstante bedeutet, die dem Quotienten hohen Ausgangsleistung der Baueinheit genügt ein aus dem Hallkoeffizient und der Dicke der Halb- 45 magnetisch gespeichertes Signal geringer Remanenzleiterschicht entspricht. Ferner gilt auch induktion, so daß beispielsweise die Kapazität vonwhere K denotes a constant which satisfies the quotient of the high output power of the structural unit and corresponds to a low remanence conductor layer from the Hall coefficient and the thickness of the semi-magnetically stored signal. Induction also applies, so that, for example, the capacity of Magnetspeichern wesentlich erhöht werden kann.Magnetic storage can be increased significantly. AUh = AIh-2- (Ris—R) ^e neue B^6"10^* bringt jedoch auch bei den AUh = AIh-2- (Ris — R) ^ e new B ^ 6 " 10 ^ * but also brings with the übrigen Anwendungsgebieten von Hallgeneratoren 50 Vereinfachungen des Aufbaus und wesentliche be-Darin bedeutet AIh die Änderung des über die triebliche Vorteile. Hallelektroden fließenden Hallstromes Ih, R13 denother areas of application of Hall generators 50 simplifications of the structure and essential be-Therein AIh means the change of the operational advantages. Hall electrodes flowing Hall current Ih, R13 den Wert des Widerstandes 13 in Fig. 2, der ebenso PATENTANSPRÜCHE:Value of resistor 13 in Fig. 2, which is also patent claims: groß wie der Wert des Widerstandes 14 ist, und — Rt as large as the value of resistor 14, and - Rt den der fallenden Kennlinie der Tunneldiode ent- 55 1. Hallgeneratorbaueinheit mit Verstärkersprechenden negativen Widerstand. Daraus ergibt wirkung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einerthat corresponds to the falling characteristic curve of the tunnel diode. This gives effect, characterized in that on one sich Grundplatte aus Keramik oder sonstigem Isolierbase plate made of ceramic or other insulation stoff durch Aufbringen und Dotieren von HaIb-substance by applying and doping halide AUa = 2 - Ris ■ AIh -K-Ix- AB ■ leitermaterial ein Hallgenerator und zwei an AUa = 2 - Ris ■ AIh -KI x - AB ■ conductor material one Hall generator and two on Ri3~Rt 60 die Hallelektroden angrenzende Tunneldioden Ri3 ~ Rt 60 tunnel diodes adjoining the hall electrodes sowie durch Aufbringen von Kontaktwerkstoffenas well as by applying contact materials Erfüllt man nun die Anpassungsbedingung die Anschlußelektroden der Baueinheit gebildetIf the matching condition is now met, the connection electrodes of the structural unit are formed sind.are. Rh — 2 ■ (Ris—Rt), 2. Hallgeneratorbaueinheit nach Anspruch 1, Rh - 2 ■ (Ris — Rt), 2nd Hall generator module according to claim 1, 6g dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden6g characterized in that the free ends d.h. ,der Innenwiderstand des Hallgenerators zwischen der Tunneldioden sowie eine Steuerstromelektrodei.e. the internal resistance of the Hall generator between the tunnel diodes and a control current electrode den Hallelektroden soll gleich der doppelten Summe des Hallgenerators über je einen Widerstandthe Hall electrodes should be equal to twice the sum of the Hall generator over one resistor each aus dem Wert des Widerstandes 13 und dem Wert an einen Sternpunkt geführt sind und daßfrom the value of the resistor 13 and the value are led to a star point and that zwischen den Sternpunkt und die andere Steuerstromelektrode eine Steuergleichstromquelle geschaltet ist.A control direct current source is connected between the star point and the other control current electrode is. 3. Hallgeneratorbaueinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände ebenfalls auf die Grundplatte aufgebracht sind.3. Hall generator assembly according to claim 1 and 2, characterized in that the resistors are also applied to the base plate. 4. Hallgeneratorbaueinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände aus dem gleichen Material wie der Hallgenerator bzw. die Tunneldioden bestehen. 4. Hall generator module according to claim 1 to 3, characterized in that the resistors consist of the same material as the Hall generator or the tunnel diodes. 5. Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Halbleitermaterial auf die Grundplatte aufgebracht wird, z. B. durch Bedampfen einer Keramikplatte mit Indiumantimonid und nachfolgendem Abätzen der überflüssigen Bereiche, daß hierauf die Dotierung der Tunneldioden vorgenommen wird, z. B. durch Auflegieren von Indiumpillen, und daß schließlich durch elektrolytischen Niederschlag eines leitenden Metalls, z. B. Kupfer, die inneren Schaltverbindungen hergestellt werden.5. A method for producing a structural unit according to claim 1 to 4, characterized in that that first semiconductor material is applied to the base plate, for. B. by steaming a ceramic plate with indium antimonide and subsequent etching off of the superfluous Areas that thereupon the doping of the tunnel diodes is carried out, for. B. by Alloying of indium pills, and that finally by electrolytic precipitation of one conductive metal, e.g. B. copper, the internal circuit connections are made. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1062812, 1097160, 098 584;Considered publications:
German Auslegeschriften No. 1062812, 1097160, 098 584; »Elektronik«, 10. Jahrgang (1961), Heft 2, S. 33; »Funkschau«, 1960, Heft 11, S. 269 bis 271;
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Electronics, April 1960, pp. 95 to 98. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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